[发明专利]一种单晶三元正极材料、其制备方法及用途

说明书

本发明提供一种单晶三元正极材料、其制备方法及用途，本发明单晶三元正极材料，其通式为LiNi_1‑x‑yCo_xMn_yO₂，其中0.075≤x≤1/3，0.075≤y≤0.4，该材料为单晶。所述单晶三元正极材料的制备方法包括以下步骤：将Ni_1‑x‑yCo_xMn_y(OH)₂前驱体与锂源球磨混合后在850‑950℃下焙烧13‑16h得到单晶三元正极材料。本发明还公开了一种改性单晶三元正极材料、其制备方法及用途。本发明单晶三元正极材料机械强度高，半电池制备过程中不易被压碎，减少了与电解液发生界面反应的几率。呈条状结构的单晶三元正极材料易通过内部掺杂和表面包覆来修饰改性，以此来提高材料的倍率性和循环稳定性。

技术领域

本发明涉及材料技术，尤其涉及一种单晶三元正极材料、其制备方法及用途。

背景技术

如今，3C数码产品更新换代速度之快，加上新能源汽车行业的高速发展使得人们对锂离子电池的能量密度、功率密度及循环寿命有了更高的要求。锂离子电池中正极材料是最核心的部分。常用的钴酸锂，磷酸铁锂，锰酸锂等正极材料因其存在容量较低，容量衰减严重，充放电过程中易发生结构相变等缺点限制了这些材料的应用。然而具有层状结构的LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂三元正极材料在兼具上述三种正极材料优点的同时，又克服了它们所面临的缺点。三元正极材料可谓是高能量密度，大功率密度及长循环寿命锂离子正极材料的理想选择。但是目前的三元正极材料是由一次颗粒团聚成二次颗粒的，这种二次颗粒牢固性差，在制备半电池过程中，二次颗粒易破碎，导致内部材料裸露在电解液中，加剧副反应产生，使得过渡金属离子易溶出，影响材料的电化学性能。其次二次颗粒内部结构难以修饰，这使得其在充放电过程中遇到的界面反应难以抑制，从而降低了材料的倍率性和循环性能。将三元正极材料制备成单晶结构可解决上述问题。但是在单晶结构的三元正极材料中，Li⁺迁移通道变长，会造成材料的倍率性能变差。氧位阴离子掺杂可以加快Li⁺在通道中的迁移速率，从而解决倍率性能差的问题。此外材料在充放电过程中，外表面与电解液直接接触，会发生很多界面副反应，影响材料的电化学性能，虽然阴离子掺杂已经改善了材料的电化学性能，但在此基础上再进行一层导电聚合物的包覆，会使材料的电化学性能优于仅阴离子掺杂对应材料的电化学性能。鉴此提出了本发明。

发明内容

本发明的目的在于，针对目前二次颗粒的三元正极材料牢固性差、难以修饰的问题，提出一种单晶三元正极材料，该单晶三元正极材料机械强度高，半电池制备过程中不易被压碎，减少了与电解液发生界面反应的几率。呈条状结构的单晶三元正极材料易通过内部掺杂和表面包覆来修饰改性，以此来提高材料的倍率性和循环稳定性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种单晶三元正极材料，其通式为LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂，其中0.075≤x≤1/3，0.075≤y≤0.4，该材料为单晶。优选的0.075≤x≤0.2，0.075≤y≤0.2。